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1、USB全规范详细分析（技术篇）USB规格设计 上面说的那些只是很表面的东西，接下来的就是技术知识深一点的了，大家做好心理准备喔。USB规格的规范化建立USB规格的厂商们，共同设立了一个称为USB应用者论坛（USB Implementers Forum Inc，USB-IF）的非营利组织。USB-IF是一个技术支持组织，也是接受各界对USB研发与应用建议的论坛。这个论坛促进了高品质并具兼容性USB设备的研发，以及通过规格测试的产品的推广。符合USB 1.1规范的标志符合USB 2.0规范的标志和其它业界规格（像是IEEE 1394、DTS、WiFi、Dolby或是DVD等）一样，USB 1.0和
2、USB 2.0都有正式的标示。厂商将这些标示印在产品与包装上，以代表他们的产品是遵照这些规格设计的。这些标示确保了兼容性，并且代表产品经过测试。产品上高速USB 2.0规格的标示，代表它能够与其它同样有高速USB 2.0规格标示的外设一起正常使用。如果一项产品没有这项标示，却还是声称具有兼容性，那就不能保证能和其它USB 2.0一起使用了。为了顾及到兼容性，建议您只购买通过认证的USB设备。 一家厂商的产品要能够标上高速USB 2.0规格的标示，那得先成为USB-IF的付费会员（年费2500美元），而且该产品也需要通过由USB-IF所制定的全速与低速测试程序才行。测试的目的，是要来检验在全速与
3、低速模式下，这些准备出货的产品的USB功能是否能够正常运作。详细的测试步骤分成三大项，每一大项的产品都需要分别通过属于该大项的测试步骤.接口卡、主板和计算机系统o 电源提供测试（Power Provider testing） o 传出信号品质（Downstream Signal Quality） o 互通性（Interoperability） 全速与低速集线器（不含高速支持） o 电源提供测试（Power Provider testing） o 传出信号品质（Downstream Signal Quality） o 回传信号品质（Upstream Signal Quality） o 设备架构测
4、试（Device Framework Testing） o 互通性（Interoperability） o 平均电流消费（Average Current Consumption） 全速与低速外设 o 回传信号品质（Upstream Signal Quality） o 设备架构测试（Device Framework Testing） o 互通性（Interoperability） o 平均电流消费（Average Current Consumption） 在设计USB 2.0这样高速的设备时，设计者尤其要注意到设备封装（Device Packaging）、电路板设计（Board Layout）、
5、机身接地（Chassis Grounding）、布线设计（Trace Layout），防治电磁干扰（EMI Remediation）、以及资料信号衰减噪声（Data Signal Attenuation/ Jitter）等问题。USB C&C基本要求USB C&C相关特性要求规定于USB规格第6章，包括电气、机械与环境三部份，完整测试分成8群组(group)，详细测试项目如表1所示。USB连接器目前公告的有 A-type、B-type、Mini-B三种；线缆组有可分离式(Detachable)与固定式(Captive cable)，高速/全速可分离式线缆组只有A to B、A to MinI-
6、B、A to Open三种连接型 态，低速线缆组基本上不承认可分离式。使用之线缆(Raw cable)基本上要UL2725或CM或同级以上认证。USB C&C如何认证?USB-IF中设有符合性委员会(Compliance committee)主导产品认证事务，经认定符合USB规格的产品会登录于USB网站中会员区的合格整合者名单( Approved Integrators List, AIL)，合格厂商才会被授权使用USB LOGO，其中AIL是证明产品合格唯一合法管道。符合性认证分装备(device)与连接器/线缆组(C&C)两部份，前者可透过核可独立实验室或插拔大会进行认证测试，后者则必须透
7、过核可独立实验室进行认证测试。USB C&C认证理论上采用自愿性质，但由于USB2.0强调高速传输，为避免数据传输环境，因连接器、线缆组品质无法配合，造成系统无法顺畅运作，USB-IF 于2.0版起实施新的认证程序。由于装备制造厂被要求使用合格C&C才能通过装备认证，而C&C制造、销售厂唯有透过核可实验室测试合格、出具报告，才能取 得TID并登录于AIL；唯有取得TID者才被授权使用USB2.0(高速USB)LOGO。ETC目前是USB认可三家C&C测试实验室之一、也是美国本土外唯一一家；以下简单说明透过ETC测试认证之程序(不同实验室可能有差异)及流程。1. 厂商基本要求-认证仅针对USB-
8、IF会员送认证的企业必须是USB IF的会员:USB网站( http:/www.usb.org )下载表格、填妥数据连同费用(2500/year)寄USB-IF秘书处、完成注册取得VID。2. 委托USB-IF认可实验室进行测试USB网站有合格实验室数据检送样品及相关设计图面填写Check list 办理委托- 填工服委托单、签署USB-IF要求之协议书、缴费3. 进行测试-实验室须依相关规范要求进行测试测试过程任何失败会接获ETC通知，要求变更改善4. 测试完成ETC通知测试完成，相关文件确认及缴费(尾款)ETC在网站上登录公司名称、产品类别名称和型号，得到TID号码 ETC整理并出具两份测
9、试报告，一份寄交委托者、一份连同测试样品以快递寄 交USB-IF5. 认证通过由USB-IF审查测试报告，产品登录于AIL。USB-IF通知厂商，并寄空白USB高速LOGO使用协议书(厂商签署后正式取得LOGO使用授权)USB-IF为确保产品之品质及合法厂商之权益，除每周电话会议检讨各项问题、定期召集实验室面对面会议，亦加强进行市购抽测、样品抽测，定期对实验室稽 核、举办实验室比对，也对非法使用LOGO厂商采取法律行动。测试流程图USB 1.0/1.1/1.2规格列表速度高速12Mb/s;低速1.5Mb/s支持设备127个连线长度不超过5米电压定额3.3V-5v (500mA)芯片组支持Int
10、el VX/HX/TX及以后;SIS 5595及以后;Ali M1431;Via MVP3系统支持Win95 OSR2、MACOS/8、Linux 3.0、BeOS 目前普遍流行的USB规范是USB1.1，USB1.1标准接口传输速率为12Mbps。理论上可以支持127个设备，通过USB HUB（即USB扩展器）连接多个周边设备，连接线缆的最大长度为5米，这对于一般设备还够用。说到USB1.1标准接口传输速率，我得多说几句。许多人都将12MBPS误解为12兆/秒。其实，这是错误的。事实上12Mbps应为12Mbits/S（12兆比特/秒），它等同于1.5Mbytes/S（1.5兆/秒），怎么样
11、，看到差别了吧。这要从bit和byte说起：bit和byte都是数据量度单位，bit=比特，byte=字节， 1byte=8bits，即两者换算是8：1的关系。通常约定用小写b表示bit，而用大写B表示byte。Mbps=mega bits per second(兆比特/秒)是速率单位，MB=mega bytes(兆字节)是量单位，8Mbps（兆位/秒）1MB/S（兆字节/秒）。现在明白了吧，可别被JS所宣传的12兆高速给蒙了。虽说1.5MB/S对大多数的USB设备来说足够用了，不过你要是用USB硬盘拷贝10GB的数据，至少要用111分钟，而且这只是理论值。实际中USB接口的速率大都低于1.0
12、MB/S，对于一般的USB设备（如USB键盘）够用，但是拷贝10GB的数据至少要用167分钟。并且在这期间，你的CPU和硬盘也是分身乏术不能再忙别的啦（要是你此时进行别的操作，所需的时间将会更多），你只有干等。这虽然是比较极端的情况，但也暴露了USB接口的传输速率需要进一步提高的迫切需要。现在好了，新发布的USB2.0标准正中我等下怀。USB的结构 USB规范中将USB分为五个部分：控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB 设备以及针对不同USB设备的客户驱动程序。USB的主要结构大都是树状拓扑结构。它最多可以分为五层，第一层是我们的电脑，第二层可以连接外设或HUB，HUB的中文名称
13、为集线器，与以太网上用的集线器所起的作用是一样的，都是用作数据的集散处理和外设的分接装置。一个HUB可以多接几个外设，还可以串联HUB，但向下串联不能超过三层。此外，USB标准还规定，所有装置的连线不得超过5米，这样也就意味着所有外设向外的长度不能超过20米。USB的传输速度如何 USB既然是用来接键盘、摇杆、鼠标之类的周边外设接口，那速度自然也不是很快，依据USB的规格文件所言，区分成低速、中速、高速等三种传输等级。 低速主要就是针对这些鼠标、键盘而来的，这些称为Interactive Device，中文暂且称做交互式设备吧。USB指的低速为10-100kbps。 中速是针对音效(Audio
14、)、电话(Phone)、压缩视频(Compressed Video)等用途的传输而设，速度范围为500k-10Mbps。至于高速就是指视频(Video)、磁盘(Disk)等用途，速度为25-500Mbps。 目前v1.0、v1.1版的USB，是针对中速与低速应用所制订，最高传输上限为12Mbps，低速通道则为1.5Mbps，高速部分目前尚未有明确规格。 USB总线最多可支持127个USB外设连接到计算机系统。USB的拓扑是树形结构，有1个USB根集线器（root hub），下面还可有若干集线器。1个集线器下面可 接若干USB接口。USB线缆包括4条线：Vbus(USB电源)、D+（数据）、D-
15、（数据）和Gnd(USB地)。线缆最大长度不超过5m。USB1.1的传输速率最高为12Mb/s（低 速外设的标准速率为1.5Mb/s，高速外设的标准速率为12Mb/s）。图1 典型USB功能器件结构框图 图2 高速外设的USB线缆与电阻的连接图图1是典型的USB功能器件结构框图，图2是高速外设的USB线缆与电阻的连接图。图2中：FS为 全速（高速）；LS为低速；R1=15k，R2=15k。USB外设可以采用计算机里的电源（+5V，500mA），也可外接USB电源。在所有的USB信道之间动态地分配带 宽是USB总线的特征之一，这大大地提高了USB带宽的利用率。当一台USB外设长时间（3ms以上）不使用时，就处于挂起状态，这时只消耗0.5mA电流。按 USB1.0/1.1标准，USB的标准脉冲时钟频率为12MHz，而其总线时脉冲时钟为1ms（1kHz），即每隔1ms，USB器件应为USB线缆产生1个时钟脉冲序列。这个脉冲系 列称为帧开始数据包（SOF）。高速外设长度为每帧12000bit(位)，而低速外设长度只有每帧1500bit。1个USB数据包可包含01023字节数据。每个数据包的传送都以 1个同步字段开始。图3 USB的Hub（集线器）结构USB的主要传输方式有几种？
